(57)【要約】本発明は、燃料電池装置（１００）を有する発電ユニット（１）のシャットダウン方法に関する。該方法は、（ａ）制御ユニット（５１０）を介して現在の発電をシャットダウンする工程と、（ｂ）特に冷却処理中に、燃料電池装置（１００）のアノード（１２２）の少なくともアノード温度を検出する工程と、（ｃ）アノード温度が第１限界温度Ｔ１を超える場合、少なくとも部分的に、具体的には少なくとも大部分に、あるいは全体にアノード（１２２）が配置されたアノード室（１２０）から一酸化炭素が漏出するのを阻止する工程と、（ｄ）アノード温度が第１限界温度Ｔ１を下回るとアノード室（１２０）から一酸化炭素を少なくとも部分的に除去する工程と、を有する。本発明はさらに、発電ユニット（１）、該発電ユニット（１）を有する車両、及び該発電ユニット（１）の用途に関する。
2019523539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池装置（１００）を備える発電ユニット（１）のシャットダウン方法であって、
（ａ）制御ユニット（８１０）を介して現在の発電をシャットダウンする工程と、
（ｂ）特に冷却処理中に、前記燃料電池装置（１００）のアノード（１２２）の少なくともアノード温度を検出する工程と、
（ｃ）前記アノード温度が第１限界温度Ｔ１を超える場合、少なくとも部分的に、具体的には少なくとも大部分に、あるいは全体に前記アノード（１２２）が配置されたアノード室（１２０）から一酸化炭素が漏出するのを阻止する工程と、
（ｄ）前記アノード温度が前記第１限界温度Ｔ１を下回ると、一酸化炭素を前記アノード室（１２０）から少なくとも部分的に除去する工程と、
を有することを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、一酸化炭素を前記アノード室（１２０）から少なくとも部分的に除去する前記工程は、前記アノード温度がＴ１よりも低い温度に設定されたＴ２とＴ１の間の範囲にある場合に実行されることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、さらに、
（ｅ）前記アノード温度が、前記アノード温度がＴ１よりも低い温度に設定された第２限界温度Ｔ２を下回ると共に／又は前記一酸化炭素が前記アノード室（１２０）から少なくとも部分的に除去されると、前記一酸化炭素の少なくとも部分的な除去を停止する工程、
を有することを特徴とする。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ１は、少なくとも大部分において分解温度以上又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される上限温度であり、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ２は、少なくとも大部分においてニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される下限温度以下であることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ１は、少なくとも大部分において酸化ニッケルが形成される下限温度以下であり、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ２は、少なくとも大部分において分解温度以下又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される上限温度若しくは下限温度であることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ１は、４００℃未満及び／又は２５０℃（特に、少なくともおよそ３００℃）より高く、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ２は、１２５℃未満及び／又は５０℃（特に、およそ１００℃）より高いことを特徴とする。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記少なくとも部分的に除去する工程は、特に、（ｂ３）入口側の前記アノード温度がＴ１より高く出口側の前記アノード温度がＴ２より低い場合に他の気体を少なくとも前記アノードの周辺領域に導入する工程によって、前記アノード室（１２０）の排気及び／又は前記アノード室（１２０）の一酸化炭素を前記他の気体によって置換することを含むことを特徴とする。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記他の気体は、窒素及び／又は水素及び／又は酸素及び／又は大気を有し、特に、大部分が窒素及び／又は水素及び／又は酸素及び／又は大気からなることを特徴とする。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法であって、前記他の気体は、特に、改質器（３００）から一酸化炭素を少なくとも一部除去するために、前記改質器（３００）及び／又は流れ方向において前記改質器（３００）の前に導入されることを特徴とする。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）入口側アノード温度を検出する工程と、
（ｂ２）出口側アノード温度を検出する工程と、
を有することを特徴とする。
【請求項１１】
発電ユニット（１）であって、
カソード（１３２）及びアノード（１２２）を有する燃料電池装置（１００）であって、前記カソードが、前記燃料電池装置（１００）のカソード室（１３０）の一部、特に少なくとも大部分、あるいは全部に配置され、前記アノードが、前記燃料電池装置（１００）のアノード室（１２０）の一部、特に少なくとも大部分、あるいは全部に配置された燃料電池装置（１００）と、
下流端部が前記アノード室（１２０）の入口側（１２０ａ）に接続された気体供給路（５００）と、
前記アノード室（１２０）の出口側（１２０ｂ）に接続されて気体を送出する気体排出路（６００）と、
少なくとも一つのアノード温度センサ（１２４）と、
前記気体供給路（５００）の上流領域に接続されて気体を送出する気体供給装置（２００）と、
制御ユニット（８１０）を介した現在の発電のシャットダウンの後、前記アノード（１２２）の少なくとも一つのアノード温度を、特に冷却処理中に検出し、前記アノード温度が第１限界温度Ｔ１より高い場合、アノード室（１２０）からの一酸化炭素の漏出を阻止し、前記アノード温度が前記第１限界温度Ｔ１を下回った場合、前記アノード室（１２０）から一酸化炭素を少なくとも一部除去する制御装置（７００）と、
を備えることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発電ユニットであって、前記気体供給装置（２００）は、ファンを有することを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の発電ユニットであって、前記気体供給装置（２００）は、特に追加的に設けられ、前記カソード室（１３０）に気体を提供するために設けられることを特徴とする。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれかに記載の発電ユニットであって、前記発電ユニット（１）は、請求項１から１０のいずれかに記載の方法を実行するために設けられることを特徴とする。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれかに記載の発電ユニットであって、さらに、
前記気体供給装置（２００）を、具体的にはバルブ、特に可変バルブを介して前記燃料電池装置（１００）に接続して気体を送出するバイパス路と、
前記バイパス路の前記バルブを駆動する別の制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれかに記載の発電ユニットを備える車両、特に陸上車両。
【請求項１７】
請求項１６に記載の車両であって、さらに、燃料、具体的にはエタノール、特にバイオエタノール、及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水、を提供する燃料貯留部を備え、
前記燃料は、少なくとも一部、特に少なくとも大部分、より具体的には全てが前記燃料電池の動作のための蓄えとして供給されることを特徴とする。
【請求項１８】
請求項１１から１５のいずれかに記載の発電ユニット（１）の用途であって、該発電ユニットは、前記発電ユニット（１）のシャットダウン中に、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）の形成を減少、具体的には阻止し、及び／又は、前記発電ユニット（１）のシャットダウン中に、少なくとも大部分において、アノード（１２２）の酸化を減少、具体的には阻止する燃料電池（１００）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置を有する発電ユニットのシャットダウン方法、燃料電池装置を有する発電ユニット、かかる発電ユニットを備える車両、及びこの種の発電ユニットの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の理論は、１９世紀半ばから知られており、本発明における「燃料電池装置」は、連続的に供給される燃料と酸化剤との化学反応エネルギを電気エネルギに変換するガルバニ電池である。これは、いわゆる「低温燃焼」と呼ばれることもある。
【０００３】
燃料電池の動作は、還元と酸化が、特にアノードと電解質の境目、あるいは電解質とカソードの境目において、物理的に別々に生じる酸化還元反応に基づく。酸化還元反応は、酸素と燃料（具体的には、水素や一酸化炭素）との反応となる。存在する酸素は燃料（例えば水素）と即座に反応するため、カソード側は酸素過多な状態が好ましい一方、アノード側は酸素が不足する。そして、この濃度勾配に起因して、酸素がカソードからアノードへと拡散する。ただし、両者の間に存する電解質は酸素イオンのみを透過させるものであるため、酸素分子はカソードと電解質の間の境界で電子を２つ取得する。これにより、当該酸素分子が酸素イオンとなって境界を通過できるようになる。酸素イオンが境界に到達すると、燃料ガスと触媒的に反応して熱及び対応する燃焼生成物を明け渡すと共に、２つの追加的電極[sic]をアノードに放棄する。その要件は、導電的に接続された異なるシステムの動作に用いられる電流を発生させるアノードとカソードの間の導電接続である。
【０００４】
かかる技術の自動車への適用は、２０年以上にわたって複数の自動車会社において研究対象とされてきた。従来の燃料電池は、一般的に燃料電池の燃料として水素ガスを用いている。
【０００５】
ＡＰＵの具体的な適用例としては、特に、動作温度が６５０℃から１０００℃となる高温燃料電池の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が好ましい。ある実施形態において、この種の電池の電解質は、酸素イオンを伝導可能で、かつ電子に対する絶縁性能を有する固体セラミック材料を有する。酸素‐イオン伝導電解質は、最小限のエネルギで酸素イオンを伝達できるよう、薄膜状とするのが好ましい。この作用は、特に高温で顕著である。カソードの他方の面、即ち電解質と反対側の面は空気で覆われており、アノードの他方の面は燃料ガスで覆われている。未使用の空気や未使用の燃料ガス、及び燃焼生成物は吸引除去するのが好ましい。こうした固有の特性を持つため、カソード及び／又はアノードはニッケルを有する。より正確には、アノード及び／又はカソードは、すくなくともその大部分がニッケルにより形成される。
【０００６】
国際公報第２００５／１０１５５６号は、物理的なフラッシュ効果のあるスチームフラッシュ（水蒸気パージ）を利用した固体酸化物形燃料電池のシャットダウン方法及び装置に関するものである。ここでは、一酸化炭素改質物と遊離酸素がアノードから除去され、その結果、酸化ニッケルやニッケルテトラカルボニルが形成される可能性を最小化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、燃料電池を有する発電ユニットのシャットダウン方法の改良版を提供することにある。本方法は、燃料電池の総動作寿命を延ばすと共に／又は排気を最小化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１に係る燃料電池を有する発電ユニットのシャットダウン方法、並びに請求項１１に係る発電ユニット、かかる発電ユニットを有する請求項１６に係る車両、及び請求項１８に係るこの種の発電ユニットの用途により達成される。
【０００９】
上記目的は、燃料電池を有する発電ユニットのシャットダウン方法の一態様により達成される。当該方法は、以下を備える：
（ａ）制御ユニットにより現在の発電をシャットダウンする工程と、
（ｂ）特に冷却処理中に、燃料電池装置のアノードの少なくともアノード温度を検出する工程と、
（ｃ）アノード温度が第１限界温度Ｔ１を超える場合、少なくとも部分的に、具体的には少なくとも大部分に、あるいは全体にアノードが配置されたアノード室から一酸化炭素が漏出するのを阻止する工程と、
（ｄ）アノード温度が第１限界温度Ｔ１を下回ると、一酸化炭素をアノード室から少なくとも部分的に除去する工程。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、前述した通り、動作中のアノード室内の混合気が低酸素になるという見識に基づくものである。
【００１１】
前述の通り、固体酸化物形燃料電池の動作温度は一般的に６００℃を超える。燃料電池のシャットダウンや切り替えをすると、温度は、動作温度から室温に向けて下がっていく。電流が遮断されると、アノードのニッケルが酸素と反応して酸化ニッケルとなり、燃料電池の効率や動作寿命の低下を引き起こす。
【００１２】
しかし、冷却処理において、アノード温度は、ニッケルテトラカルボニルの分解温度を下回る２００℃〜１００℃の範囲を通過する。この温度範囲においては、アノード中のニッケルは、一酸化炭素と反応してニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）を形成する。ニッケルテトラカルボニルは毒性が強く危険な気体であるが、漏れが発生した場合やメンテナンス作業のためにシステムを開かなければならない場合に外部に排出されてしまう。
【００１３】
そこで、シャットダウン後であって、特にアノード温度が高く反応性が高いときには、アノード内に残留する気体（具体的には、一酸化炭素）が冷却処理の初期段階で漏出するのを防ぐことにより、アノード、特にニッケル含有アノードの酸化を、少なくとも最小化、好ましくは防止する。
【００１４】
但し、アノード室に一酸化炭素が残留している場合、冷却処理中にアノード温度が分解温度未満に低下した途端、アノード室内でニッケルテトラカルボニルが形成され得る。ある実施形態にあっては、アノードの酸化よりも、ニッケルテトラカルボニルが形成されるのを防ぐことがより重要になるため、アノード温度が第１限界温度Ｔ１を下回った場合には、アノード室から一酸化炭素を少なくとも部分的に除去する。
【００１５】
上記は、パージガスをアノード側で使用することで達成できる。パージガスは、好ましくは追加の貯留槽を要しない大気を用いるのが好ましい。さらには、アノード室から一酸化炭素を除去するために、既存の気体送出装置によって大気をカソードに供給するのが好ましい。大気の一酸化炭素濃度が５０−２００ｐｐｂ（parts per billion）しかなく、少なくともその大部分において一酸化炭素を含まないため、本発明の目的に適している。なお、生産、貯留及び／又は蒸気の供給等に用いられるその他の構成については、原則省略する。
【００１６】
本方法は、簡易な手段により、分解温度を超える反応性が高い温度領域において、アノード、特にニッケルを含有するアノードの酸化を少なくとも最小化、好ましくは防止することができると共に、ニッケルテトラカルボニルの分解温度未満においてアノードの酸化を減少させつつニッケルテトラカルボニルの形成を少なくとも最小化、好ましくは防止することができるという有利な効果を奏する。
【００１７】
本発明における「発電ユニット（generator unit）」とは、電気エネルギを供給する装置と解される。本発明における発電ユニットは、具体的には、主駆動源がオフとなったときに電気エネルギを供給する補助動力装置（ＡＰＵ）を指す。
【００１８】
本発明における「アノード（anode）」とは、燃料電池装置の２つの電極のうちの一方を指す。該燃料電池装置は、導電性材料（具体的には、金属、非導電性材料に導電性コーティングを施したもの、あるいはそのようなものから作られた材料）を有する。
【００１９】
「一酸化炭素（carbon monoxide）」とは、具体的には、炭素と酸素からなり、化学式がCOとなる化合物を指すものとして理解される。
【００２０】
本発明において「アノード温度（anode temperature）」とは、アノードの温度、具体的にはアノードの表面部分の温度（より正確には、アノードのうちのニッケルを含む領域の温度）として理解される。なお、問題のニッケルテトラカルボニルは、少なくとも大部分は、ニッケルを含有する領域の表面に形成される。
【００２１】
本発明において「限界温度（limit temperature）」とは、具体的には発電ユニットの制御ユニットにおいて特定される閾値を意味する。
【００２２】
本発明における「燃料電池装置（fuel cell device）」とは、特に、化学反応により継続的に供給される燃料を低温燃焼によって電力エネルギに変換する装置を意味する。かかる定義には、実施形態に応じ、アルカリ燃料電池（ＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、ギ酸燃料電池（特に、実施形態によっては、白金及び／若しくはパラジウム、並びに／又はルテニウム触媒を含むギ酸燃料電池）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、ダイレクトカーボン型燃料電池（ＳＯＦＣ，ＭＣＦＣ）、及び空気マグネシウム電池（ＭＡＦＣ）が含まれる。  
【００２３】
好ましい実施形態では、燃料、特にバイオエタノール並びに／又はエタノールを補給した水を含む燃料及び／若しくはこれから得られた気体が、アノードに供給される。
【００２４】
したがって、本燃料電池装置は、単一型の燃料電池であっても複数型の燃料電池の結合体、即ち燃料電池スタックであっても良い。
【００２５】
本発明において「防止（prevention）」とは、バルブの閉塞のような積極的な操作であっても良く、受動的なものであっても良い。「漏出を予防」とは、アノード室内に一酸化炭素の大部分又は全てが残留することを意味する。
【００２６】
好適な実施形態にあっては、アノード室内のアノードにおいてニッケルを含む部分周辺から少なくとも一部の一酸化炭素が除去される。これにより、ニッケルテトラカルボニルの形成を最小化、好ましくは防止が図られる。
【００２７】
別の好適な実施形態にあっては、アノード温度がＴ２からＴ１の範囲にあると、アノード室から少なくとも一部の一酸化炭素が除去される。なお、Ｔ２はＴ１よりも低い温度である。
【００２８】
これにより、必要な場合（即ち、アノード温度条件からニッケルテトラカルボニルが形成され得る場合）にのみパージング処理が実行されることとなり、関係する気体及び／又はエネルギの使用（即ち、気体供給装置の動作）を最小化、回避し得るという効果を奏する。
【００２９】
別の好適な実施形態にあっては、本方法は、
（ｅ）アノード温度が第２限界温度Ｔ２未満になると共に／又はアノード室から一酸化炭素が少なくとも部分的に除去されると、一酸化炭素の少なくとも部分的な除去を停止する工程を備える。なお、Ｔ２はＴ１よりも低い。
【００３０】
これにより、アノード室からの一酸化炭素の少なくとも部分的な除去の停止を、ニッケルテトラカルボニルの形成に関係する温度範囲に向かう瞬間、及び／又は一酸化炭素が既に部分的に除去されている場合は温度が限界温度Ｔ２まで低下する前とすることができる。
【００３１】
アノード室から一酸化炭素を強制的に排出するための少なくとも部分的な除去処理に酸素含有ガス（具体的には、空気）を用いた場合、アノード室から一酸化炭素を少なくとも部分的に除去してすぐに当該除去処理を停止することにより、アノード室に必要以上の酸素（大気の組成物の一つ）が供給されることを避けることができる。当該一酸化炭素の部分的除去の停止後、アノード室内の空気に含まれる残留酸素は、ニッケルを含有するアノードと反応する可能性があるが、既存の酸素が消費されると酸化反応は終了する。
【００３２】
別の好適な実施形態にあっては、第１限界温度Ｔ１は、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）の分解温度以上であり、かつ／又は、少なくとも大部分において、酸化ニッケルの形成温度以下である。
【００３３】
本発明において「形成温度（formation temperature）」とは、化学反応が開始されるのに十分な熱エネルギが存することにより、化合物が形成される温度をいう。
【００３４】
本発明において「分解温度（decomposition temperature）」とは、非常に膨大な熱エネルギが存することにより、原子及び／又は化合物成分が非常に強く振動し、原始結合が原子や化合物を保持できなくなり、その結果、化合物が構成要素に分解される限界温度、特に上限温度をいう。及び／又は、他の化学反応が発生し、元化合物から部分的な化合物が解放される限界温度（上限温度）をいう。
【００３５】
本方法の別の好適な実施形態にあっては、第１温度限界Ｔ１は、少なくとも大部分において、分解温度以上又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される上限温度であり、かつ／又は第２限界温度Ｔ２は、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される下限温度以下である。
【００３６】
これにより、あるアノード室からの一酸化炭素の除去の開始及び／又は終了は、少なくとも避けられるべき化合物（ニッケルテトラカルボニル及び／又は酸化ニッケル）のうちの一つの固有の特性に基づき決めることができる。したがって、当該アノード室に対するパージングを、ニッケルテトラカルボニルの形成に関連する領域に限定することができ、よってパージガスの必要量及び／又は必要な程度にまでパージングをするために要するエネルギを制限することができる。
【００３７】
別の好適な実施形態にあっては、第１限界温度Ｔ１は、少なくとも大部分において、酸化ニッケルが形成される下限温度以下であり、かつ／あるいは、第２限界温度Ｔ２は、少なくとも大部分において、分解温度以下、又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）が形成される上限温度若しくは下限温度とされる。
【００３８】
これにより、ニッケルテトラカルボニルの分解温度まで冷却することで一酸化炭素の大部分又は全てを除去できると共に、いくつかの場合においては、ニッケルテトラカルボニルの形成に関して重要な全温度範囲において一酸化炭素が一切存在しない状況をつくることができる。
【００３９】
本方法の別の好適な実施形態にあっては、第１限界温度Ｔ１は４００℃未満及び／又は２５０℃超え（特に、およそ３００℃）とされる。さらに／あるいは、第２限界温度Ｔ２は１２５℃未満及び／又は５０℃超え（特に、およそ１００℃）とされる。ある実施形態では、上記温度は、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニルの分解温度やニッケルテトラカルボニルの形成温度に関して化学的に必要な温度に適度なセーフティマージンを加えた温度とされる。これにより、アノード室温度センサの測定値の不確実性を補完することができる。さらに／あるいは、ニッケルテトラカルボニルの形成に関連する重要な場面において、一酸化炭素のかなりの部分（少なくとも大部分）あるいは一酸化炭素の全部をアノード室から確実に除去できるように、適宜事前あるいは事後のサイクルを提供することができる。また、少なくとも大部分において、冷却処理中にニッケルテトラカルボニルが形成されないことを確認するために、ニッケルを含有するアノードの異なる領域における温度勾配を監視しても良い。
【００４０】
本方法の別の好適な実施形態にあっては、上記部分的除去処理は、アノード室内の一酸化炭素を別の気体によって排気及び／又は置換する場合を含む。
【００４１】
本発明において「排気（evacuation）」とは、具体的にはアノード室内の気体の抽出を意味し、置換ガスは使われないため、真空引きがされる。一酸化炭素の置換は、少なくとも大部分において、パージガスの導入が行われ、アノード室から一酸化炭素を強制的に排出する。好適な実施形態にあっては、パージガスによる充填は、吸引と併せて実行される。かかる場合、アノード室から早期に一酸化炭素を除去できる。
【００４２】
別の好適な実施形態にあっては、その他の気体、即ちパージガスは、窒素及び／又は水素及び／又は酸素及び／又は大気を含み、具体的には、大部分が窒素及び／又は水素及び／又は酸素及び／又は大気からなる。これにより、既に利用可能な気体及び／又は容易に備えられる気体及び／又は廉価な気体を用いて望ましい効果（ニッケルテトラカルボニルの形成の回避又は防止）を得ることができる。なお、特に大気は半無限に存在し追加の費用もかからないことから、これを使用するのが好ましい。
【００４３】
別の好適な実施形態にあっては、アノード室から強制的に排出された気体は、少なくともその大部分が、従来から設けられている気体送出接続部を介してカソード室に供給され、カソード側の下流気体出口を通って燃料電池から排出される。かかる場合、アノード側の一酸化炭素の置換に、既存のカソード側出口を共同利用できるため、アノード側に、別途流路を設ける必要がない。
【００４４】
本方法の別の好適な実施形態にあっては、別の気体が改質器に送られ、及び／又は流れ方向において改質器の上流に送られ、少なくとも部分的に改質器から一酸化炭素が取り除かれる。
【００４５】
本発明において「改質器（reformer）」とは、具体的には、初期燃料材（天然ガス及び／又はエタノール、より具体的には、バイオエタノール及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水）が導入されて、これを燃料に変換する（正確には、熱と、水素・二酸化炭素・一酸化炭素からなる混合ガスも一緒に生成する）ものを指す。これにより、燃料電池を作動させるために必要な燃料（混合ガス）を当初からそのままの形で格納しておく必要がなく、より安定した形態及び／又はよりエネルギ密度が高い形態で格納することが可能となり、燃料への変換がすぐに（少なくともその大部分が燃料電池の反応前、瞬時に）行われることとなる。
【００４６】
本発明において「バイオエタノール（bio-ethanol）」とは、少なくとも大分部が廃棄物の生分解可能な部分又はバイオマスから生成されるエタノールを指す。なお、「農業エタノール（Agricultural ethanol）」とは、バイオエタノールの同義語である。
【００４７】
別の好適な実施形態にあっては、本発明の工程（ｂ）は、
（ｂ１）入口側アノード温度を検出する工程と、
（ｂ２）出口側アノード温度を検出する工程とを有する。
【００４８】
これにより、アノード室で発生し得る温度勾配を記録し、一酸化炭素の少なくとも部分的な除去の停止の瞬間を決める判断に活用できる。これは勿論、アノード室から一酸化炭素を部分的除去する処理の開始時の判断にも利用できる。
【００４９】
本発明の別の態様は、カソードを有する燃料電池装置を備えた発電ユニットに関する。当該発電ユニットは、燃料電池装置と、気体供給路と、少なくとも一つのアノード温度センサと、気体供給装置と、制御装置とを備える。燃料電池装置は、カソード室内の少なくとも一部、具体的には大部分あるいは全てに配置されたカソードと、燃料電池装置のアノード室内の少なくとも一部、具体的には大部分あるいは全てに配置されたアノードとを有する。気体供給路は、その上流端がアノード室の入口側に接続されたアノード室の入口側に接続され、気体を、アノード室の出口側に接続されたガス排出路送り出す。気体供給装置は、気体供給路の上流領域に接続される。制御装置は、特に冷却処理時、具体的には、切換装置（８１０）による発電ユニットのシャットダウン後、少なくともアノード（１２２）のアノード温度を監視するために設けられ、アノード温度が第１限界温度Ｔ１よりも高い場合にアノード室から一酸化炭素が流れ出るのを防ぐと共に、アノード温度が第１限界温度Ｔ１よりも低下した場合にアノード室（１２０）から一酸化炭素を少なくとも部分的に除去する。
【００５０】
本発明において「気体供給路（gas supply line）」や「気体排出路（gas discharge line）」とは、パイプや管状の構造物を指し、構造物の上流開口部から下流開口部まで気体を導く役割を果たす。なお、上流開口部から下流開口部まで、原則、気体流量は大部分において一定である。
【００５１】
「アノード温度センサ（anode temperature sensor）」とは、少なくともアノードのある領域の温度を記録し、記録した値を電気的又は電子的に処理可能な信号に変換する。本発明におけるアノード温度センサは、特に、温度を決定するための抵抗型、容量型、誘電型、及び／又は光学的なセンサである。
【００５２】
本発明において「気体供給装置（gas supply device）」とは、気体、特にパージガスを提供、より具体的には、パージガスを貯留及び／又は提供及び／又は準備（特に、当該パージガスをフィルタリング）等するための装置を意味する。本発明における気体供給装置の例として、ガスタンク、バルブ、駆動装置（特にファン）、及び／又はフィルタ及び／又はインテークマニフォールドあるいはこれらの組合せが挙げられる。
【００５３】
本発明において「制御ユニット（control unit）」とは、アノード温度センサの信号を電子的に受信し、必要に応じて制御信号を別の要素、具体的には燃料電池装置にリレーする装置をいう。本発明における制御ユニットは、特にデータ処理装置（具体的には、マイクロプロセッサ）とデータ記憶部、具体的には、不揮発性のメモリランダムアクセス（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を備える。
【００５４】
同様に、本方法の効果やその他の好適な実施形態は、本願の発電ユニットにも適用することもできるが、繰り返しを防ぐため、ここでは説明を省略する。
【００５５】
本発明に係る発電ユニットの好適な用途は、自家用車やトラックといった陸上車両における補助動力装置（ＡＰＵ）である。具体的には、オルタネータが接続された内燃機関等の駆動システムの電源がオフになっているときに車載システムに電力を提供するものである。
【００５６】
本発明に係る発電ユニットの別の好ましい実施形態は、自家用車やトラックといった陸上車両の主駆動部である。この場合、生成された電力エネルギは、少なくとも車両駆動の一部において利用される。
【００５７】
好適な実施形態にあっては、気体送出システムはファンを有する（より正確には、気体送出システムはファンからなる）。
【００５８】
本発明において「ファン（fan）」とは、具体的には、機器として機能し、ファンハウジング内で回転する外部駆動インペラを有するターボエンジンを指す。インペラは具体的に、インペラ歯車、傘歯車、斜歯歯車等である。上記ファンの定義には、軸流換気装置、対角換気装置、ラジアル換気装置、遠心換気装置、及びタンジェンシャルあるいはクロスフローファンを含む。これにより、少なくとも大部分において、少なくとも燃料電池装置の片側に向けられた連続的及び／又は調整可能な空気の流れを作り出すことができる。
【００５９】
別の好適な実施形態にあっては、気体供給装置は、カソード室に気体を供給するために設けられる。これにより、予めカソード側に設けられていた気体供給装置をアノード側のために用いることも可能となる。したがって、アノード側に構成要素（具体的には、気体供給装置）を追加することを避けることができる。
【００６０】
本発明の別の好適な実施形態にあっては、上記した方法を実行するために発電ユニットが設けられる。
【００６１】
以上、当該方法に関して説明した実施形態及び効果は、同様に対応する構成要素を備える発電ユニットにも妥当する。
【００６２】
別の好適な実施形態にあっては、発電ユニットは、さらにバイバス路と追加の制御装置を備える。バイバス路は、気体供給装置と燃料電池装置とを接続して、バルブ（特に可変バルブ）を介して気体を送出する。追加の制御装置は、当該バイパス路のバルブを制御する。
【００６３】
これにより、特に主要な要素に欠陥が発生した場合に、アノード室から一酸化炭素を除去できる、かつ／あるいは、例えば、システム全体の障害によって緊急シャットダウンが行われた場合の安全性を向上させる、追加の流路が確保できる。
【００６４】
本発明の別の態様は、ここに示す種類の発電ユニットを有する車両、特に陸上車両に関する。これにより、本発明に係る発電ユニットの効果、具体的には高エネルギ効率を日常的な用途、即ち道路輸送に適用することができ、汚染物質の排出を減らすことができる。
【００６５】
別の好適な実施形態にあっては、車両は、燃料（エタノール、バイオエタノール、及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水）を供給する燃料貯蔵部を有する。燃料は、燃料電池の動作に用いる備蓄として、少なくともその一部が、具体的には少なくともその大部分が、より具体的にはその全てが供給される。
【００６６】
別の態様は、ここに示す種類の発電ユニットの用途に関する。かかる発電ユニットは、発電ユニットのシャットダウン中に、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）の形成を減少、特に阻止し、及び／又は、発電ユニットのシャットダウン中に、アノードの酸化を減少、より具体的にはかなりの部分で阻止する燃料電池を有する。
【００６７】
シャットダウン中のアノードの酸化を減少、より具体的にはアノードの酸化を防ぐには、アノード室（特にニッケルを含有するアノードの領域）から酸素を除去する必要がある。適切なパージガスの選択により、上記２つの好ましくない効果（ニッケルテトラカルボニルの形成及びアノードの酸化）を減らす、具体的には、少なくとも大部分において、防ぐことができる。これにより、燃料電池の性能を長期間において保証することができる。
【００６８】
本発明のさらなる目的、効果、特徴、及び適用については、図面に示す種々の実施例に関する以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一態様に係る発電ユニットを示す部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図１に示す実施例に係る発電ユニット１の燃料電池装置１００は、互いに酸素イオン透過膜１１０によって離間されたアノード室１２０及びカソード室１３０を備える。アノード１２２、特にニッケル含有のアノードがアノード室１２０に配置される。アノード１２２は、制御ユニット８１０及び消費部８００を介して（特に、制御ユニット８１０が閉じられると）カソード室１３０のカソード１３２に接続される。入口側１２０ａでは、アノード室１２０はガス供給路５００に接続され、ガスを送出する。アノード室１２０の出口側１２０ｂでは、気体供給路６００がアノード室１２０に接続されて気体を送出する。燃料貯留部４００は改質器３００に接続されて気体を送出する。改質器３００では、燃料貯留部からの燃料を変換、即ち燃料電池で使用するために準備がなされる（例えば、気体供給路を介してアノード室に提供される燃料ガスの水素含有量が調整、特に増加させられる）。
【００７１】
燃料電池（具体的には、本燃料電池装置１００）の一般的な動作に関しては、繰り返しを避けるため、上記した実施形態の説明を参照されたい。
【００７２】
気体送出装置２００、特にファンは、バルブ２１０を介してカソード室１３０の入口側１３０ａに接続されて気体を送出する。気体送出装置２００は、追加バルブ２２０及び気体供給路２３０を介してアノード室１２０の入口側１２０ａに接続されて気体を送出する。燃料電池装置１００の動作中、気体送出装置２００は、大気を用いてカソードに必要な酸素を提供する。なお、通常の動作時は、追加バルブ２２０を閉めておくのが好ましい。
【００７３】
図１において破線で示す代替的な実施例にあっては、気体送出装置２００が改質器３００に接続されて追加気体供給路２３０ａを介して気体を送出する。これにより一酸化炭素を除去し、改質器をきれいにすることができる。
【００７４】
発電ユニット１のシャットダウン手順について：
消費部８００において電力が必要なくなると、制御ユニット８１０が遮断され、その結果、カソードとアノードの回路接続が確保される。そして上記した酸化還元反応が止まる。実施例に応じ、動作温度が６００℃から１０００℃の範囲となるアノード１２２は、アノード、特にアノード１２２の表面（より正確には、ニッケルを含有するアノードの領域）の温度を検出するアノード温度センサ１２４によって監視される。アノード温度センサ１２４と電気的に接続された制御ユニット７００、制御ユニット８１０、及び追加バルブ２２０は、制御ユニット８１０が開放されると（即ち、冷却処理中）、アノード温度を監視する。アノード温度が第１限界温度Ｔ１を下回ると、少なくとも一部の、具体的には少なくとも大部分、あるいは全ての一酸化炭素がアノード室１２０から除去される。図１に係る実施例にあっては、かかる処理は、バルブ２１０が閉じており、追加バルブ２２０が開放されている場合、即ち、気体供給路２３０を介してアノード室１２０に空気が供給されることによって実行される。この一酸化炭素の少なくとも部分的な除去処理は、アノード温度が第２限界温度Ｔ２を下回り、かつ／あるいはアノード室１２０から一酸化炭素が少なくとも部分的に除去されると終了する。なお、限界温度Ｔ１、Ｔ２は、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)4）の衰退温度及び／又は形成温度に基づく。アノード室から除去された気体や気体供給装置２００からの導入・過剰ガスは、気体供給路６００を介して燃料電池装置１００から排出される。
【００７５】
以上、実施形態を例示して説明したが、種々の変更が可能であることは言うまでもない。また、上記実施形態は例に過ぎず、いかなる形においても権利保護範囲や本願の範囲、あるいは意匠の範囲を限定するものではない。むしろ、上記は、当業者が例示した実施形態のうちの少なくとも１つを実施できるようにするものであって、本願のクレームやその特徴の均等物の組み合わせから特定される権利保護範囲から逸脱することなく、その構成の持つ機能や配置に対する種々の変更を許容するものである。
【符号の説明】
【００７６】
１００      燃料電池装置
１１０      膜
１２０      アノード室
１２０ａ    アノード室入口側
１２０ｂ    アノード室出口側
１２２      アノード
１２４      アノード温度センサ
１３０      カソード室
１３０ａ    カソード室入口側
１３０ｂ    カソード室出口側
１３２      カソード
２００      ガス供給装置
２１０      バルブ
２２０      追加バルブ
２３０      気体供給路
２３０ａ    拡張気体供給路
３００      改質器
４００      燃料貯留部
５００      気体供給路
６００      気体排出路
７００      制御装置
８００      消費部
８１０      制御ユニット
【図１】
2019523539.tif 000003
【国際調査報告】
2019523539.tif 000004
2019523539.tif 000005